Desenvolvimento de uma nova turbina eólica de eixo vertical para microgeração de energia elétrica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Alves, Jeferson Tondo, 1986-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/11480
Resumo: Orientador: Ernesto Ruppert Filho
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spelling Desenvolvimento de uma nova turbina eólica de eixo vertical para microgeração de energia elétricaDevelopment of a new vertical shaft wind turbine for electricity microgenerationTurbinasEnergia eólicaEnergia elétricaDínamosVentosTurbinesWind energyElectricityEletric generatorsWindsOrientador: Ernesto Ruppert FilhoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: O objetivo deste trabalho de pesquisa é o de propor um novo tipo de turbina eólica de eixo vertical para aplicações em microgeração de energia elétrica, estudar o comportamento de um protótipo de potência da ordem de 200 W, que utiliza pás de perfil padronizado NACA 0024. Esta turbina envolve um gerador elétrico especial, ainda inexistente no mercado. O gerador elétrico especial terá indutor e induzido móveis e, o controle da potência, da tensão e frequência será objeto de um outro trabalho de pesquisa envolvendo máquinas elétricas, eletrônica de potência e controle, a ser realizado em seguida a este. Devido ao fato de a turbina eólica ter o gerador elétrico com indutor e induzido móveis, ela recebeu o nome de turbina eólica com indutor e induzido móveis (TEiiM). A parte mecânica dessa turbina foi desenvolvida, testada em túnel de vento e, levou em consideração o fato de as velocidades de vento serem baixas em aplicações urbanas, assim como as alturas onde são instaladas. A parte mecânica da TEiiM foi construída a partir do conceito de duas turbinas independentes, o que é inovadora e inexistente no mundo. A metodologia de construção mecânica da nova turbina eólica, utilizou o conceito de duas turbinas acopladas coaxialmente e independentes, uma superior e outra inferior, fazendo com que os conjuntos girem em sentidos contrários. Com esta configuração, a TEiiM é capaz de quase dobrar a velocidade de rotação quando comparada a uma turbina eólica de eixo vertical convencional de mesmo tamanho, elevando assim a potência de geração. Com a união das duas turbinas independentes, foram constatadas velocidades de rotação superiores, o que ocasionará maior geração de energia elétrica com menores velocidades de vento. Dessa forma a instalação desta turbina comparada com uma turbina convencional de mesma potência, poderá ser realizada em alturas menores. Os resultados obtidos em ensaios mecânicos com a TEiiM, foram compilados em Matlab utilizando a metodologia baseada no modelo BEM , para turbinas eólicas de eixo vertical do tipo rotor H, com o modelo de tubo duplo para múltiplos fluxos (DMST) e, os dados aerodinâmicos da pá do perfil NACA 0024, obtidos no programa JavaFoil. Os resultados geraram diversos gráficos para análises que, demonstraram o melhor desempenho da turbina TEiiM com 3 pás em velocidades de vento mais elevadas, obtendo um coeficiente de potência de 0,3848 com velocidade de vento de 10 m/s. Entretanto, a turbina TEiiM com 5 pás, foi superior em velocidades de vento inferiores uma vez que, por possuir um número maior de pás, esta turbina estabilizou em menor tempo, obtendo assim, maiores coeficientes de potência com menores velocidades de ventoAbstract: The overall aim of this research is to put forward to society a new type of vertical shaft wind turbine for household applications and to study the behavior of a prototype of this wind turbine categorized as small-sized power of 200w order which deploys airfoil with a standardized pattern NACA 0024. This turbine counts on a special energy generator – not currently existent. The special power generator will have a movable inducted and inductor plus the power and and voltage controls will be the goal of another research project involving an electric/electronic machine of power control, that is to be accomplished followed by this one. Due to the fact that the wind turbine has a power generator with a movable inducted and inductor it was named as TEiiM (turbina éolica com indutor e induzido móveis) – or in English: "wind turbine with movable inducted a inductor (WTMii). The mechanic section of the turbine was - in this work – developed and tested within a "wind tunnel" moreover taking into account the fact that the wind speed is inferior in urban applications where they will be set in relatively low heights. The mechanic section of TEiiM (WTMii) was developed from the concept of two independent turbines which is innovative and non-existent in the word. The mechanic building methodology of the new wind turbine used the definition of two independently engaged turbines which one is higher and the other is lower positioned furthermore making the sets to spin in different directions. Using this set up, the TEiiM (WTMii) is able to double the rotation speed whilst compared with a conventional vertical shaft wind turbine of same size and power. This was possible by the fact of each set of axis and airfoil – higher and lower – spin in opposite directions due to the airfoil positioning. With the union of the two independent turbines, it was seen superior rotation speeds which will produce a higher electric power creation with lower wind speeds. In this way the installation of this turbine – compared with a conventional turbine of same magnitude – will be possible in lower heights. The results obtained in mechanic tests with the TEiiM (WTMii) were compiled in MATLAB using the method based in the BEM Model for the H rotor vertical shaft wind turbines, with the twin tube model for multiple fluxes (DMST), and the aerodynamic data of the airfoil profile NACA 0024, obtained from the JavaFoil program. The results generated several graphics for analysis that showed the best performance of the TEiiM (WTMii) turbine with three airfoils in higher wind speeds, obtaining a power coefficient of 0.3848 plus the wind speed of 10m/s. Nevertheless, the TEiiM (WTMii) turbine using five airfoils was superior in lower wind speeds once having a bigger number of airfoils. This turbine stabilized in less time, thus obtaining higher power coefficients with lower wind speedsDoutoradoEnergia ElétricaDoutor em Engenharia ElétricaCNPQ162101/2014-7[s.n.]Ruppert Filho, Ernesto, 1948-Saab Junior, Joseph YoussifSguarezi Filho, Alfeu JoãozinhoSilva, Luiz Carlos Pereira daGiesbrecht, MateusUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASAlves, Jeferson Tondo, 1986-20202020-02-28T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (154 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/11480ALVES, Jeferson Tondo. Desenvolvimento de uma nova turbina eólica de eixo vertical para microgeração de energia elétrica. 2020. 1 recurso online (154 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/11480. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1344254Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-08-07T11:09:45Zoai::1344254Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2023-08-07T11:09:45Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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